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11/04/2016
1
EE 530 Eletrônica Básica l
Física dos Transistores de Efeito de Campo (FET)
Prof. Pedro Xavier
Amplificadores com o TBJ • Resumo
Cmv RgA
iA
rRin
Cout RR
Cmv RgA
iA
m
ing
R1
Cout RR
m
E
Ev
gR
RA
1
1iA
)1( Ein RrR
m
Eoutg
RR1
//
AV ≤ 1 Ai :elevado Rin: muito alta Rout: muito baixa
AV:elevado Ai :elevado Rin: média Rout: alta
AV:elevado Ai < 1 Rin: baixa Rout: alta
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Princípio de Funcionamento
• Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Capacitor
Prof. Pedro Xavier
Estrutura e Símbolo (NMOS)
Prof. Pedro Xavier
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Estado da Arte
Prof. Pedro Xavier
Análise Qualitativa • A medida que VG aumenta, a carga positiva da porta repele as
lacunas, formando uma região de depleção.
• Se VG aumentar mais, a carga positiva da porta atrai os elétrons, formando um canal condutor (MOSFET ligado).
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IG=0
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Análise Qualitativa • O canal formado entre a fonte e o dreno funciona como uma
resistência controlada por tensão (VG), para VDS pequeno. Quanto maior VG, mais elétrons livres no canal e menor a resistência.
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Análise Qualitativa • EXEMPLO: Atenuador controlado por tensão
Prof. Pedro Xavier
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Análise Qualitativa • EXEMPLO: Atenuador controlado por tensão
Prof. Pedro Xavier
Análise Qualitativa • Características IxV:
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Tensão limiar
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Análise Qualitativa • Características IxV:
Análise Qualitativa • Efeito comprimento do canal (L)
• Efeito da espessura do isolante (tox)
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Análise Qualitativa • Efeito da largura do transistor (W)
– Quanto maior W, maior ID, e maior a capacitância da porta (limitante da velocidade).
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Equivalente em paralelo.
Análise Qualitativa
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VGS=VG>VTH VGD=VG-VD>VTH
VGD>VTH
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Análise Qualitativa
VG-VD>VTH, ID varia com VDS
(TRIODO)
VG-VD=VTH
VG-VD<VTH, ID não varia com VDS
(SATURAÇÃO) O e- atinge a região de depleção e
é varrido para o dreno
O comprimento (L) do canal varia com VDS
Análise Qualitativa
Regiões de operação
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Características IxV
• Densidade de Carga
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)(THGSox
VVWCQ
Cox: capacitância por unidade de área Q: densidade de carga (C/unidade de comprimento)
Características IxV
• Perfil de densidade de carga
Prof. Pedro Xavier
THGSox
VxVVWCxQ )()(
OBS: Quanto maior V(x), menor o perfil de Q. V(0)=0; V(L)=VD, se o canal não estiver estrangulado.
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Características IxV • Corrente de dreno
vQI
2
2
00
00
)(22
1
2
)(
)(
)()(
DSDSTHGSoxnD
DSDSTHGSoxnD
VV
THGSoxnD
V
nTHGSox
L
D
nTHGSoxD
n
n
VVVVL
WCI
VVVV
L
WCI
dVxVdVVVWCLI
dVVxVVWCdxI
dx
xdVVxVVWCI
dx
dVv
Ev
DSDS
DS
THGSox
VxVVWCxQ )()(
µ: mobilidade dos portadores [cm2/(V·s)]
Entregar para nota.
Características IxV • Corrente de dreno
– A partir de VDS=VGS-VTH, a relação parabólica não vale, pois o transistor entra na saturação
2)(22
1DSDSTHGSoxnD VVVV
L
WCI
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Características IxV • Resistência Linear
– Para baixos valores de VDS (<<2(VGS-VTH)):
– Para pequenos valores de VDS, o FET pode ser visto como um resistor controlado por tensão (VGS)
Linearização em torno de zero
THGSoxn
on
VVL
WC
R
1
VGS<VTH→Ron=
Transistor como chave
2)(22
1DSDSTHGSoxnD VVVV
L
WCI
Exemplo • Circuito chaveador para antena de celular
Prof. Pedro Xavier
Ron deve ter o menor valor possível.
THGSoxn
on
VVL
WC
R
1
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Regiões de operação
2)(22
1DSDSTHGSoxnD VVVV
L
WCI
2)(2
1THGSoxnD VV
L
WCI
Relação Quadrática
Regiões de operação
• Calcule ID e VD, se VG aumentar de 10 mV, qual o novo valor de VD?
Prof. Pedro Xavier
Entregar para nota